田广宇，林泽东

（山东科技大学计算机科学与工程学院，山东青岛 266590）

0 引言

当前，为满足大量煤炭能源需求，煤炭开采深度逐渐加深。我国多数煤炭能源来自于深层开采［1］，煤矿开采强度和开采深度增加，加上我国煤矿地质条件复杂，导致煤矿开采难度增大，危险系数进一步提高，煤矿冲击地压灾害发生的强度和频率也随之增加［2］。煤矿事故一旦发生，将严重威胁井下工作人员的生命安全，因此解决煤矿智能化开采和智能化工作面预警是一件十分重要的任务。现代化、智能化、无人化的智能煤矿预警平台开发以及建立绿色、安全、可靠、高效的现代化智能化煤矿系统将是未来发展的方向和趋势［3］。煤矿产业的改革与创新，促使煤矿产业从机械化、自动化，逐渐向智能化发展，但由于我国煤层地质条件复杂，煤矿智能化仍处于初级阶段。对于条件复杂的煤矿，煤矿智能化预警仍有许多技术问题需要攻克［4］。通过数字孪生以数字化形式在虚拟空间构建与物理空间相互映射的三维模型，能够在虚拟空间模拟物理空间信息的动态趋势。通过监控物理空间中的信息变化，可真实反映煤矿物理世界中的信息变化趋势［5-11］，从而实现对多元动力灾害及各种危险源的超前预警预测。

1 相关工作

为实现煤矿智能化和工作面预警可视化，提高煤矿智能预警的人机交互能力，本文基于数字孪生技术，提出了煤矿工作面超前预警（Digital Twin Face Integrated Warning，DTFIW）系统的概念。通过物理预警模型、煤矿传感器信息感知［12］、煤矿历史运行数据，集成了多参数、多方法、多维度的数字孪生过程［13］，在虚拟空间中完成映射达到实时预警、精确预警的目的。……